毕业设计开题报告(周鹏)毕.docVIP

机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计题目：汽车发动机排气及其隔振系统的设计 学 生 姓 名：　 周鹏 　 指导教师姓名： 王晓佳 专 业： 车辆工程 2013 年 3 月 31 日 课题名称： 汽车发动机排气及其隔振系统的设计 2.课题研究背景： “能源与环境”是汽车工业在21世纪发展所面临的两大课题，随着汽车工业迅速发展， 汽车噪声和排气污染日益严重，而发动机排气系统中振动和噪音是影响汽车行驶舒适性的主 要因素[1]，所以如今我们排气系统的设计上，更加注重于减振的设计。对于现代汽车设 计，尤其在排气系统的设计上，减少或克制振动与噪声污染已是刻不容缓。 近年来，我国汽车迅速发展，早已成为一个汽车大国，但却不是汽车强国，因为高端市 场也就是利润空间最大的市场基本由国外著名厂商占据，国内年轻的汽车厂商则只能占用利 润空间相对较薄且市场份额较小的低端市场。其主要原因在于核心技术的掌握，由于国内汽 车技术相对国外有较大差距，国内对汽车研究主要采用模仿设计，在试验中就会发现很多的 问题，如排气歧管表面温度偏高、排气歧管罩和增压机隔热罩形状不够理想等，甚至出现了 排气歧管开裂的问题。针对这些问题，企业及研究组调研讨论得到结论：在设计过程中，只 注重排气系统的形状模仿和材料运用，而缺乏对排气系统热应力、动态特性的计算，致使在 产品开发时不能提供有效的结构数据指导，也不能在改进设计中找到问题产生的根本原因。 2.1发动机排气系统的发展史 汽车最早的排气系统不过是一个让燃烧气体排入大气的孔眼而己,后来为了把随着排气 喷出的火焰引向地面,才安装了一根引导排气的管子。那时,发动机没有排气消声装置,排气 的噪声震耳欲聋,常使骡马受到惊吓,因此排气噪声被认为是一种严重的公害,许多地方的当 局公开宣布,不用马的运输工具不受法律的保护。 发动机的排气消声器起源于海勒姆·马克 西姆的取得专利的手枪消声器。 由于环保法规对车辆排污的标准相当严苛，不论怠速、加速、低速行驶、高速行驶或减 速，都必须符合排污标准，车辆在面对这么严苛的限制下，除了在性能与排污中取得平衡点 外，唯一的方法就是安装催化转换器了。催化转换器通常以贵重金属为原料，有氧化型催化 剂、还原型催化剂及目前绝大多数车辆采用的三元催化转换器。早期的催化转换器多设置于 排气管中段的位置，而近来多装在紧接排气歧管之后，好使催化剂加快达到工作温度。 图2-1排气系统组成图 2.2国外研究概况 世界各汽车大国早在20世纪60年代就开始着力关注汽车排放。日本从1971年、欧盟 从1969年、美国从1967年就开始控制机动车噪声，制定噪声法规。国外对汽车噪声的控制起步较早，其中消声器理论的研究最早始于20世纪的20年代，是美国的Stewart首先提出 研究抗性的声滤清器理论。其后噪声的控制技术和消声器（如图2-2）设计得到迅速的发展，其中由日本福田基一教授的专著 《噪声控制与消声设计》的出版作为机动车噪声控制研究的一个里程碑，总结和发展了以前的消声器理论，奠定了消声器的理论研究的经典基础。 图2-2消声器结构简图 在70年代，国外就采用了有限元对消声器进行研究分析，80年代就实现了三维有限元 分析：完成了对一简单扩张腔式消声器、内插管、锥形消声器、偏置式消声器以及回流式消 声器传递损失的计算，证明了三维有限元对于结构复杂的消声器是一种有效的分析方法，而 一维理论是不适合的；另外国外采用边界元法可有效地确定其四级参数，并将非平均流动对 声传播的影响考虑在内。与此同时，计算机迎来了一个高速发展阶段，相应的应用到汽车上 的技术也有了空前的发展，计算流体力学的计算方法和数值分析就用在了计算排气系统的流 场上包括对排气系统外部环境模拟、排气系统形状模拟、排气系统温度场及热应力场的计算 分析。 振动辐射声数值方法的发展也是随着有限元方法的问世迅速的发展，D.C.Hodgson等编 制了声辐射计算的边界元方法软件，对落锤的低噪声设计进行了成功的研究；A.R.Mohanty 等运用有限元和边界方法分析了微型卡车驾驶室内声场的自然频率、模态振型。 近来，计算流体力学（GFD）在发动机领域的应用越来越广，并逐渐形成一个独立的发 展分支，其中主要内容之一就是对发动机中的气体流动进行综合数值模拟，现在CFD在消声 器内的应用也渐渐多起来。如今，随着现代数字信号处理技术的发展以及电子控制装置的性 能成本的提高，国际上又提出了有